基于TFT-LCD行業(yè)的一種新型自動(dòng)化振動(dòng)傳感器的應(yīng)用

張祥松，王亞軍，鄭小龍

（福州京東方光電科技有限公司，福建福清 350300）

1 振動(dòng)sensor添加的必要性

堆垛機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)送以玻璃基板為AMHS 系統(tǒng)最核心部件的Cassette，現(xiàn)在作為TFT LCD 代線的玻璃基板Cassette 尺寸升級(jí)到10.5 代線已經(jīng)達(dá)到3 370 mm×2 940 mm，重量1.5～2.5 t。即使在產(chǎn)能最大的第8.5 代線上，玻璃基板的卡匣尺寸也達(dá)到了2 200 mm。在2 500 mm 處，起重機(jī)重達(dá)16 t（如圖1所示）。

圖1 堆垛機(jī)圖示

隨著Cassette 和堆垛機(jī)尺寸的增加，堆垛機(jī)的傳動(dòng)載荷顯著增加，運(yùn)行過程中的振動(dòng)條件顯著增加。運(yùn)送玻璃的厚度從0.7 T 逐漸減小到0.5 T 再到0.4 T，于是開始試用0.3 T 玻璃。玻璃的抗震性能進(jìn)一步減弱。在這種情況下，堆垛機(jī)需要對(duì)振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便對(duì)堆垛機(jī)的穩(wěn)定性能提出更高的要求，以適應(yīng)搬運(yùn)貨物的需求，尤其是運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)值。尋找合適的方法來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2 振動(dòng)傳感器的原理

振動(dòng)傳感器是測(cè)試技術(shù)中的重要部件之一，其作用主要是接收機(jī)械量并將其轉(zhuǎn)換成與其成正比的電能。處于測(cè)試系統(tǒng)最前沿的是傳感器，它是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國(guó)列為前沿技術(shù)，尤其是近年來發(fā)展迅速的IC 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，有利于傳感器的發(fā)展，為科學(xué)技術(shù)提供了可靠的基礎(chǔ)。

輸出功率也因傳感器內(nèi)部的機(jī)電轉(zhuǎn)換原理而異。一些將機(jī)械量的變化轉(zhuǎn)化為電勢(shì)和電荷的變化，而另一些則將機(jī)械振動(dòng)的變化轉(zhuǎn)化為電阻和電感等參數(shù)的變化。通常，后續(xù)的顯示、記錄和分析設(shè)備不會(huì)直接接受這些功率量。

振動(dòng)傳感器不是直接將原始測(cè)量的機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電量，而是將原始測(cè)量的機(jī)械量作為振動(dòng)傳感器的輸入量，然后在機(jī)器接收器處接收，另一臺(tái)適合轉(zhuǎn)換的機(jī)器。量形成，最后由機(jī)電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成電量。因此，一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)器接收單元和機(jī)電轉(zhuǎn)換單元的工作性能決定的。

一般來說，振動(dòng)傳感器在機(jī)械接收原理上只有相對(duì)型和慣性型兩種。但在機(jī)電轉(zhuǎn)換中，其轉(zhuǎn)換方式和性質(zhì)各不相同，因此種類繁多，應(yīng)用范圍極為廣泛。現(xiàn)代振動(dòng)測(cè)量中使用的傳感器不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測(cè)量設(shè)備，而是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的一部分，并與后續(xù)的電子線路密切相關(guān)。

振動(dòng)傳感器的一般分類方法如下：

（1）電傳感器。電傳感器在實(shí)際使用中應(yīng)用廣泛，是較為常見的傳感器類型之一，其工作原理是利用運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割恒定磁場(chǎng)磁力線，繼而導(dǎo)體兩端差生電勢(shì)差，形成的電勢(shì)差作為電信號(hào)傳遞給控制端，實(shí)現(xiàn)了將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化電信號(hào)的功能。

（2）電渦流傳感器。電渦流傳感器工作原理是在測(cè)試過程中，被測(cè)物體與測(cè)試探頭之間的距離的變化而產(chǎn)生電信號(hào)，繼而將振動(dòng)的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)運(yùn)動(dòng)信息的精確感應(yīng)。

（3）電感傳感器。電感式傳感器是利用無被測(cè)物體的物理量轉(zhuǎn)化為壓力、流量、振動(dòng)等自感系數(shù)或者互感參數(shù)，將運(yùn)動(dòng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)繼而實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。

（4）電容式傳感器。電容式傳感器是根據(jù)被測(cè)物體和探頭之間的間隙情況，繼而將間隙值轉(zhuǎn)化為電力信號(hào)，繼而可以根據(jù)需要完成測(cè)量。

（5）慣性電傳感器。慣性電傳感器是主要組件包括固定構(gòu)件、活動(dòng)構(gòu)件以及支撐彈簧。在設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量要足夠大，這樣才能夠保持足夠低的頻率，這樣才能夠保證足夠的靈敏度和穩(wěn)定性，保證慣性傳感器的精度。

（6）壓電加速度計(jì)。壓電加速傳感器也是一種慣性機(jī)械，在測(cè)量過程中，被測(cè)物體給探頭壓力，壓晶將壓力轉(zhuǎn)化為電力，繼而實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞。

（7）壓電式力傳感器。除了測(cè)量振動(dòng)外，振動(dòng)測(cè)試通常還需要測(cè)量施加到樣品上的動(dòng)態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。壓電式力傳感器的工作原理是壓電晶體的壓電效應(yīng)，即壓電式力傳感器輸出的電荷信號(hào)與外力成正比。

（8）阻抗頭。阻抗頭測(cè)試是一個(gè)綜合性的測(cè)試儀，將壓電式力傳感器和加速度傳感器有機(jī)融合在一起，因此在測(cè)量相關(guān)的被測(cè)物體時(shí)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量工作。在實(shí)際的測(cè)量中，可以根據(jù)需要選擇不同的探頭實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作?？梢愿鶕?jù)需要使用力信號(hào)或者加速度信號(hào)來完成被測(cè)物體測(cè)試，進(jìn)一步提升了檢測(cè)精準(zhǔn)度。

（9）電阻畸變型傳感器。電阻畸變型傳感器從名字上即可看出，外部信號(hào)印發(fā)傳感器電阻率發(fā)生變化，繼而導(dǎo)致電流發(fā)生變化，信號(hào)的變化就會(huì)以數(shù)字的形式呈現(xiàn)在界面上，繼而達(dá)到了測(cè)試的效果。

3 振動(dòng)傳感器的選型及安裝實(shí)施

為了確保振動(dòng)傳感器既能有效地監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)，又可以盡量減少傳感器對(duì)應(yīng)的輔助設(shè)備，選用美國(guó)banner 公司的產(chǎn)品：QM30VT2。

傳感器接線示意圖如圖2所示。

圖2 振動(dòng)傳感器接線示意圖

振動(dòng)傳感器與PLC 通信模塊QJ71CN24 通過RS485總線進(jìn)行連接。連接方式如圖3所示。

圖3 振動(dòng)傳感器與通信模塊接線圖示

傳感器式樣如圖4所示。

圖4 傳感器式樣

傳感器安裝位置圖如圖5所示。

圖5 傳感器安裝位置圖示

傳感器在實(shí)際通信中連結(jié)方式：RS-485 總線，如圖6所示。

圖6 傳感器在實(shí)際通信中連結(jié)方式：RS-485總線

sensor 傳輸Vibration 數(shù)據(jù)的展示，如圖7所示。

圖7 sensor傳輸Vibration數(shù)據(jù)的展示

4 振動(dòng)傳感器的實(shí)際應(yīng)用案例

在AMHS 設(shè)備中，共計(jì)安裝了78臺(tái)設(shè)備。全面監(jiān)控起重機(jī)的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)控100 %覆蓋。

在2021 年4 月8 日發(fā)現(xiàn)，AFST01 T02 的X 軸 振動(dòng)值突然增大了30 %，同時(shí)對(duì)比X 軸的扭矩值，發(fā)現(xiàn)扭矩值有變大的趨勢(shì)。對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)走行輪存在溢粉現(xiàn)象，大量產(chǎn)塵隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)事故。及時(shí)更換了走行輪，避免了一次重大的事故。

由圖8可知通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得知當(dāng)振動(dòng)傳感器顯示數(shù)據(jù)變大時(shí)，證明振動(dòng)在變大，但是不清楚振動(dòng)變大的具體原因。通過扭矩值監(jiān)控發(fā)現(xiàn)扭矩值也同步的變大了。這證明是由于走行輪的劣化導(dǎo)致了振動(dòng)值變大。

圖8 AFST01 T02日別走行軸扭矩?cái)?shù)據(jù)最大值示意圖

5 結(jié)束語

在AMHS 設(shè)備中，安裝振動(dòng)起重機(jī)進(jìn)而全面監(jiān)控Crane 的狀態(tài)，是B 公司所有現(xiàn)地中首次突破和嘗試，有著非同尋常的意義。對(duì)于提高設(shè)備的提前發(fā)現(xiàn)隱患能力有很大的提高。在日常監(jiān)控中實(shí)現(xiàn)振動(dòng)值和X 軸的扭矩值同步查看和確認(rèn)，可以相互印證設(shè)備出現(xiàn)問題的概率。進(jìn)而進(jìn)一步降低設(shè)備出現(xiàn)問題未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)概率。